Б иотехнология

Микробиотехнология Фитобиотехнология Зообиотехнология

Қолданылуы Өндіріс саласында:

Жеңіл; медицина; медицина;

Металлургия; косметика; тамақ өнеркәсібі;

Мұнай өндіру; агроөнеркәсіп комплексі; мал шаруашылығы

Су шаруашылығы;

Энергетика;

Қоршаған ортаны қорғау;

Сурет 1. Биотехнологиялық процестердің жіктелуі

ББЗ микробиологиялық синтезінің принципі төмендгі шарттарға негізделген: биообъектілердің тірі жаратылысқа жатуы (акариот, прокариот, эукариот); биообъктінің функциональді белсенділігі (биосинтез, биотрансформация), 1-кесте; биотехнологиялық үрдіс кезінде әр кезең барынша жеке көрсету (қоректік ортамен құрал-жабдықтарды дайындау, ферментация, ортанымен құрал-жабдықтарды стерилизациялау).

Кесте 1. Өндірістік микробиологиядағы процесстер

Процесстің сипаттамасы	Соңғы өнім	Соңғы өнім атауы
Биосинтез	Метаболиттер	Аминқышқылдар, нуклеозидтер, нуклеотидтер
	Біріншілік	Нуклеин қышқылы, ферменттер
	Екіншілік	Алкалоидтер, антибиотиктер, гиббереллины, гликандар, гликоньюгаттар, органикалық қышқылдар, спирттер, липидтер, аминқышқылдары, пептидті гармондар
	Жасушалық масса	Тағамдық ашытқы, тамақтық және мал азықтық ақуыз,вакциналар, антигенді заттар

Микробиотехнологияның артықшылығы: геномен түзілуінің қарапайымдылығы, табиғи және жасанды ортаға тез бейімдеушілік (лабильность), төмен температурада ферментация процесінің жоғары жылдамдылықта өтуі және жасуша массасының тез өсуі, тапшы емес, арзан шикізаттарды қолдану мүмкіндігі (өндірістік қалдықтар, ақаба су).

ББЗ синтезінің микробиологиялық технологиясының кемшілігіне төмендегілерді жатқызуға болады: қоректік ортаның көп құрамдылығы, қоректік ортаны стерилизациялау керектігі, биосинтез процесін басқарумен автоматизацияның қиындығы. Бұл биотехнологиялық процестерде күтпеген өзгеріс әкелетін биообъектілердің өздігінен реттелу процесіне байланысты (мутация процессін қосқанда). Көбею және даму барысында түрлі параметрлердің өзгерісі жүреді. Осыған байланысты ББЗ биосинтезінің технологиялық процесін басқару барысында биообъектіні нақты жағдайларда өсіру барысында жүретін реакцияның жеке ерекшеліктерін ескерген жөн, анықрағы: араластыру барысында биообъектілердің физико-механикалық қасиеттерге төзімділігі, сондай-ақ синтезделетін ББЗ химиялық табиғатын, биохимиялық процес сипаттамасын білу, белгілі бір типтің қасиетіне байланысты спецификациясын білу.

2.2 Тәжірибелік бөлім

Биологиялық белсенді заттардың биосинтезінің негізгі технологиялық көрсеткіштері.

ББЗ-дың биосинтезі процесі барысында биообъетілердің жақсы көбеюі үшін өсудің оптимальды жағдайын ұстау қажет. Оптимальды жағдай бұзылған кезде зат алмасу процесіде бұзылады, өсу процесі шектеледі немесе тоқтайды, дайын өнімнің шығымымен сапасы төмендейді.

ББЗ биосинтезінің негізгі технологиялық ерекшеліктеріне қатысты өсу процесін бақылаудың параметрлері:

• Температура;

• рН- орта;

• биомасса жасушаларының саны;

• қореқтену көзін пайдалану жылдамдығы;

• еріген оттегі саны (аэробты биообектілер жағдайында);

• түзілетін метоболит санына.

Биологиялық белсенді заттардың микробиологиялық синтезінің негізгі технологиялық сатылары (2 сурет):

- ферментация алдындағы саты (дайындық жұмыстары);

- ферментация (өнім түзілу және жиналу процесі).

Ферментация алдындағы саты биосинтез процесіне дейінгі дайындық сатысынан тұрады: 1) қоректік ортаны дайындау; 2) егіс материалын дайындау және алу; 3) құрал-жабдықтарды таңдау және дайындау.

Қоректік ортаны, егіс материалын дайындау және алу, құрал-жабдықтарды таңдау және дайындау стерилизацияға негізделген. Стирилизацияға көбік түзгіштер, сұйық қоспалар, коммуникациялар, датчиктер жатады. Стерилизация процесінің қажеттілігі биообъектілердің функциональды өсуін микроорганизимдердің басуымен байланысты туындап қана қоймай, сонымен қатар олардың өсу ортасымен белгілібір жасушаны бұзуы мүмкіндігінен туындаған. Олардың кейбіреуі дайын өнім құрамына енетін улы заттарды бөлуі мүмкін.

Өндірістік жағдайда микроорганизмдердің көзі су, қоршаған орта, адамдар болуы мүмкін. Ауадағы шаңмен ылғал белгілі мөлшерде микроорганизімдердің өмір сүргіштік қабілетін арттырады.

Дәрі жасайтын 1 м³ өндірістік аудандағы ауаның микробтармен және механикалық бөліктермен ластануына байланысты тазалық төрт класқа бөлінеді (2 кесте) [8].

Биотехнологиялық процестерді микроорганизмдерден қорғау фильтрлар көмегімен жүзеге асады.

Зертханалық жағдайда қоректік ортаны немесе басқада объектілерді стерилизациялау 0,3 МПадан (3 кГс/см²) кем емес қысымдағы бу автоклавында немесе салқын әдіспен жүзеге асады. Негізінен әмбебап әдіс ол – ылғалды жылуды қолдану болып табылады.

Қоректік ортаның ингредиенттері

Қоректің ортаны дайындау

Су

Биообъект

Инокулят

Стерилизация

Су

Ферментатор

Егіндік

Су

Ауа

Бу

Дайын өнімнің бөліну операциясы

Қосалқы өнімдер

Өндірістік қалдық

Қадақтау, сақтау (транспортировка)

Залалсыздандыру, утилизация

Дайын өнім

Сурет 2. Биотехнологиялық процестерді қолданудың жалпы сызба нұсқасы

Кесте 2. Өндірістік ортадағы ауаныңтазалық дәрежесін бағалау

Ауаның көрсеткіштері	Тазалық классы
	1	2	3			4
			А	Б
Микробтар, жасушалар саны	Керек емес	50 дейін	100 дейін	500 дейін	МЕСТ 12.1.005-86
Механикалық бөлікиің мөлшері 0,5 мкм	3500	350000	3500000
Бөлшек мөлшері 5 мкм		2500	25000

Өлшегіш құрылғылардың датчиктерімен реттегіштері стерилизация кезінде жоғары температураға шыдамайды, сондықтан оған салқын немесе химиялық стерилизация әдісі қолданылады. Бұл мақсатта бактерицидті газдар (этилен), антицептик ерітіндісі (формалин) және т.б. қолданылады.

Меланоидирлеу, гумификация, карамелизация, реверсия, қышқылды ыдырау реакциларнан сақтану мақсатында құрамында қанты бар материалдар қоректік ортаның компоненттерінен бөтен жумсақ жағдайда стерилизацияланады.

Стерилизация процесін бақылау үшін уақыт ұзақтығымен өлшенетін стерильдік деп аталатын критерий енгізіледі.

Уақыт ұзақтығы бұл – микроорганизмдер өлетін уақыт интервалы. Ортадағы соңғы спораның өлуі кездейсоқ процесс, сондықтан оған стерилизация критериі деген түсінік берілген. Стерилизация критериі (N)- стерилизация операциясы кезінде бір термотұрақты спораның тірі қалуының жалпы операцияға қатынасына тең. Ортаның стерилизациясы үшін 0,001+0,01 ге тең стерильдік критериі қабылданған. Егерде ортадағы споранығ саны N₀ деп алсақ, онда стерильдік деңгейі немесе тірі қалу коэффициенті N/ N₀ деп аталатын қатынасты аламыз. Стерильдік деңгейі немесе тірі қалу коэффициенті N/ N₀ берілген стерильдік критериіне жету үшін (мысалы 0,01) спора популяциясы негізгі спораның мәнінен төмендеуі N₀ дан N/ N₀ ге дейін (мысалы 10^-6 дейін) мақсатында белгілі бір температурада орта стерилизациясын нақты уақытта ұстау керек.

Қоректік ортаны дайындау технологиясы

Қоректік орта немесе өсу ортасы түсінігіне энергетикалық зат алмасуға қажетті компоненттердің кандық және сапалық құрамы, яғни биологиялық белсенді заттармен (азот, фосфор, сутегі, микроэлементтер, витаминдер, минералды тұздар, ерігіш заттар) физико-химиялық факторлар.

Қоректік ортаны дайындау процессі ББЗ-дың продунцентінің түзілуімен биотрансформациясына қажетті қоректік элементтерді дайындаудан тұрады.

Мұндай ортаның компоненттерін таңдау эмперикалық жолмен жүзеге асады және сол компонентті таңдау барысында көп уақытты қажет етеді.

Қоректік ортаның қарапайым құрамы төменделерден тұрады: азот, фосфор, сутегі, оттегі, күкірт, калий, кальций, магний, темір, микроэлементтер. ББЗ кейбір продуценттері дәрумендермен қосуды реттегіштерді қажет етеді.

Қоректік ортаның құрамын таңдау материалдық баланспен қоректік элементтердің және шығындалатын энергияның трансформациясын есепке ала отырып жүргізіледі.

Бұл үшін қоректік ортаның оптимальды құрамын дұрыс таңдау керек: берілген биомассаның қажетті мөлшерін алу үшін қоректік ортаның компоненттерін олардың өсу қажеттілігіне пропорциональды қатынаста алады [6]:

Мұгдағы, С_і- қоректік ортағы і- компонентінің концентрациясы;

А_і- і- сай ортаның метоболизм коэффиценті;

S₀- ортадағы субстраттың берілген қоры.

Өзінің атқаратын міндетіне қарай қоректік орта диогностикалық және өндірістік болып бөлінеді.